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科技论文4篇

中国学术期刊网【科技论文】 编辑:天问 中国科学院院刊 2016-11-02科技论文4篇论文作者:中国科学院,原文发表在《中国科学院院刊杂志》,经中国学术期刊网小编精心整理,仅供您参考。

科技论文:以粲物理、中微子物理为代表的粒子物理研究

北京正负电子对撞机/北京谱仪实验发现四夸克物质(粲物理)

北京正负电子对撞机(BEPC)是我国第一台大科学装置,1988年10月建成,被《人民日报》称为“这是我国继原子弹、氢弹爆炸成功、人造卫星上天之后,在高科技领域又一重大突破性成就”。2004—2008年,BEPC进行了重大改造,对撞亮度提高了80倍以上,成为国际上最先进的双环对撞机之一,也是粲能区迄今为止亮度最高的对撞机。北京谱仪III(BESIII)是运行在BEPCII上唯一的粒子物理实验,通过正负电子对撞研究物质的基本结构。BESIII实验国际合作组由来自11个国家和地区的55个成员单位、400多位科学家组成。自2009年运行以来,BESIII合作组在强子谱、粲偶素和类粲偶素以及粲物理研究等方面取得多项重大物理成果。

粒子物理夸克模型认为介子由一个夸克和一个反夸克,重子是由三个夸克或三个反夸克组成。夸克模型的预言与很多实验事实一致,表明它非常成功。然而描述夸克之间强相互作用的标准动力学理论——量子色动力学并不排除这些常规强子以外的其他粒子的存在,如混杂态(除夸克外还有激发的胶子)、分子态(两个或多个介子或重子束缚在一起)、多夸克态(含四个夸克或更多)、胶子球(只含胶子不含夸克)等。实验上人们对非常规强子——奇特强子态的寻找一直没有停止,但长期没有发现可靠的证据表明已观测到它们的存在。

BESIII合作组于2013年3月宣布发现了一个新的共振结构Zc(3900),因为其中含有一对正反粲夸克且带有和电子相同或相反的电荷,提示其中至少含有四个夸克,这极有可能是科学家们长期寻找的介子分子态或四夸克态。相关研究论文发表在2013年6月21日Physical Review Letters上。这一发现得到了国际物理学界的高度评价。Nature杂志发表了题为“夸克‘四重奏’打开了物质世界一扇崭新的大门”的新闻报道,强调“找到一个四夸克构成的粒子将意味着宇宙中存在奇特态物质”;2013年12月30日,美国物理学会在其主办的Physics杂志公布了2013年物理学领域11项重要成果,“发现四夸克物质”位列榜首。

北京谱仪Ⅲ

随后,BESIII合作组又发现了Zc(4020)和Zc(4025),它们极有可能是Zc(3900)质量较高的伴随态;发现了Zc(3900)和Zc(4020)的中性态;确定了Zc(3900)的自旋宇称量子数。这些发现揭示了可能的四夸克物质谱系的存在,对于理解物质结构有重要意义。Zc(3900)和Zc(4020)等奇特强子态的发现,将我国的强子物理实验研究推进了一大步,BESIII实验已步入奇特态强子研究领域的国际最前列。BEPC和BEPCII是大量高技术的集成,并成为众多高新技术的源泉和高新技术产业的摇篮。BEPC和BEPCII的许多关键部件的研制采取了世界上独一无二的方法,大量采用国际先进技术,填补了我国加速器领域的多项空白,使国内企业在相关技术领域有了大幅度提高和突破,带动了我国机械、电子工业技术的高科技发展,大大提升了我国加速器设备制造及相关高技术产业能力,推进了我国医用加速器、辐照加速器和工业CT等产业的发展。国内很多企业在参与BEPC和BEPCII的建造过程中实现了跨越式发展。

另外,在建设BEPC和开展高能物理实验国际合作中,高能物理所在国内率先实现计算机国际联网,1986年进入国际Internet,90年代初引进了www网页,并向全国推广,对我国网络技术的发展起到了巨大的推动作用。

左图 BESIII实验发现的带电类粲偶素 Zc(3900);右图 它可能的夸克结构示意图

专家点评

人类对微观世界物质组成的探索是无止境的。粒子物理学的研究表明,组成原子核的质子和中子并不是最“基本”的粒子,它们其实都是由三个夸克组成的。实验上已经发现了六种夸克,按其质量从轻到重排序为:上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克。其中粲夸克的质量约为质子质量的1.5倍。一对粲夸克和反粲夸克可以组成一个被称作粲偶素的介子家族。北京正负电子对撞机的对撞能量正好设定在产生粲偶素的能区,是目前国际上粲粒子能区亮度最高的加速器。北京谱仪合作组(BESIII)在粲物理实验研究中取得了多项国际领先的成果,其中类粲偶素四夸克态的发现就是最突出的成果之一。传统的夸克模型只包含由三个夸克组成的重子和一对正反夸克组成的介子。BESIII发现的Zc(3900)和Zc(4020)等共振结构很可能是一种新型强子,即所谓的“四夸克态”,它们由含有粲夸克和轻夸克的两个夸克和两个反夸克组成,其中包括由一对粲介子组成的粲介子分子态。“四夸克态”的发现和确认将是对传统夸克模型强子分类的突破,对于理解物质世界的组成和强相互作用的本质具有重要意义。这也标志着在新型强子态研究领域BESIII实验已步入国际最前列。

点评专家

赵光达 中科院院士、粒子物理学家,北京大学物理学院理论物理所教授。1994年被评为国家有突出贡献的中青年专家。1997年获周培源物理奖。在粒子物理学的强子物理和量子色动力学等方面做出了突出贡献。

科技论文:液流储能关键材料与新技术

能源是国民经济可持续发展和国家安全的重要基础。随着经济的发展,对能源需求日益增加,化石能源的大量消耗所造成的环境压力日益突出。大规模利用可再生能源,实现能源多样化成为世界各国能源安全和可持续发展的重要战略。但是,风能、太阳能等可再生能源发电具有不稳定、不可控的特性,可再生能源大规模并入电网会给电网的安全稳定运行带来严重的冲击。大规模储能系统可有效实现可再生能源发电的调幅调频、平滑输出、跟踪计划发电,提高电网对可再生能源发电的消纳能力,解决弃风、弃光问题。大规模储能技术是解决可再生能源发电不连续、不稳定特征的关键瓶颈技术。全钒液流电池储能技术因其使用寿命长、储能规模大、安全可靠、环境友好等特点,成为规模储能的首选技术之一。

多年来,大连化学物理所全钒液流电池储能技术研究团队,坚持基础研究与应用开发并重,关键材料、核心部件研发及电池系统集成创新与示范应用并举的研发理念,“产、学、研、用”紧密合作的创新研究开发机制,取得了一系列重大技术突破。

全球最大规模5MW/10MWh 全钒液流电池系统

(1)突破了液流电池关键材料包括非氟离子传导膜、电解质溶液、液流电池双极板的设计与制备技术,原创性地成功研制液流电池用高选择性、高传导性、高稳定性非氟多孔离子传导膜,高导电性、高活性碳素复合双极板材料和高稳定性电解质溶液。突破了关键材料的规模放大技术,实现了关键材料的规模化生产。

(2)突破了全钒液流电池电堆的设计集成技术,发明了大功率、高功率密度电堆结构设计方法和制造技术,设计集成出32kW大功率液流电池单体电堆,突破了单体电堆工程化制造技术,实现了批量化生产,并向国外出口。

(3)突破了高功率、大容量、高集成度全钒液流电池储能系统设计方法及多体系耦合控制技术,发明了大规模储能系统控制管理策略,实施了当时世界上最大规模的5MW/10MWh全钒液流电池储能系统的商业化应用工程,率先实现了液流电池储能技术的产业化。

项目组申请专利150余项,国际专利6项,形成了完整的自主知识产权体系,领军国内外液流电池标准的制定。实施了近20项商业化示范工程,产品成功进军欧美市场。2012年完成全球最大规模5MW/10MWh全钒液流电池商业化示范工程,技术指标和工业化进程均处于国际领先水平。该研究成果对推进我国可再生能源发电的普及应用,实现节能减排重大国策具有十分重要的意义。

专家点评

电化学储能技术作为现代智能电网的重要组成部分,是风能、太阳能等可再生能源普及应用的关键核心技术。中国是世界上风能发电和太阳能发电大国,亟需发展大规模储能技术来储存其10%的电能。大连化物所选择了具有储能容量大,寿命长、安全性高等优势的全钒液流电池储能技术进行研究,无论在技术还是产业化方面均达到了国际领先水平。在过去的十几年里,大连化物所在液流电池关键材料、电堆及系统等方面开展了大量深入的研究,完成了从kW到MW级系统的商业化应用示范。利用大连化物所的技术,大连融科储能完成20余项商业化项目,已成为世界领先的从事储能技术的企业。大连化物所在推进世界可再生能源应用及智能电网发展发面发挥了重要的引领作用。

点评专家

刘俊(JunLiu),美国西北太平洋国家实验室材料转化科学实验室主任、教授,著名杂志NanoEnergy副主编。主要研究领域包括纳米功能材料的合成与表征,以及在能源储存、化学转换和能源、环境与人类健康方面的应用等。曾获奖100余次,并被评为2007年杰出电池发明家,2012年美国西北太平洋国家实验室发明家。发表学术论文350余篇,研究成果被Science、Nature、 Scientific American等著名杂志亮点评述。

科技论文:同余数问题与Langlands纲领问题研究

记载于公元972年M.B.Alhocain的阿拉伯文稿中的同余数问题被称为"千年数论难题",大数学家费马等都对此问题进行过系统性的研究。1952年,数学家Heegner证明了模8余5、6、7的素数或素数的两倍都是同余数。近年来,中科院数学院团队在这个已有千余年历史的同余数问题研究中取得重大突破,通过算术几何、自守形式、L函数、Galois表示等数学分支交叉融合研究,证明了对任意给定K,均存在无穷多个本质素因子个数恰为K的同余数,并对相应的椭圆曲线证明了"七大千禧问题"之一的BSD猜想。主要结果发表于《美国科学院院刊》(PNAS)和《剑桥数学杂志》,剑桥大学教授、国际数论权威John H.Coates在PNAS发表专文评论,指出该问题是"数论,也许是整个数学中,最古老未解的主要问题",田野的工作是这个古老问题的里程碑"。成果主要完成人获拉马努金奖、晨兴数学金奖。同样起源于数论的Langlands纲领,被数学界公认为是21世纪最重大的数学难题之一,它预言了数论、代数群与李群、代数几何、分析等数学各分支之间存在着的深刻联系,而上述提到的"千禧问题"之一的BSD猜想,和另一"千禧问题"著名的Riemann猜想也都与Langlands纲领密切相关。近年来在Langlands纲领领域研究中已产生两个菲尔兹奖,但其中心问题还远未解决。L-函数是Langlands纲领的核心对象,而典型群表示论是研究L-函数的基本工具。近年来,数学院团队在Langlands纲领这一重大问题上取得突破,和国际数学家合作彻底解决了典型群重数一猜想,以及典型群Theta对应理论中3个最基本问题:重数保守猜想、守恒律猜想和对偶猜想,这些成果为相关L-函数理论奠定了基础。美国Mathematical Reviews期刊评论该项成果是"该领域的基本定理之一"。国际同行评价"该成果证明了Theta对应理论中最重要猜想之一",主要结果发表于数学国际顶尖期刊Ann.Math.、Invent.Math.和J.Am.Math.Soc.上。

剑桥大学教授John H. Coates 在PNAS 发专文评价此成果

专家点评

同余数问题是数学中最古老的未解之谜。根据古书记载,同余数最早的纪录始见于1 000多年之前的一个无名氏阿拉伯手稿。在这个手稿里,一个同余数被定义为边长为有理数直角三角形的面积。同余数问题就是判断一个给定的正整数是否是同余数。关于构造同余数的第一个重要成就是由德国数学家Heegner在1952年得到。他具体地构造出无穷多个同余素数。在其后的60年中,数学家企图对任意一个正整数K,构造出无穷多个为K-素数积的同余数。当K=2时,有一些零星的结果。一直到2011年这个构造由田野给出。田野的工作基于同余数问题和BSD猜想的联系。BSD猜想是Clay研究所2000年列出的奖金为100万美元的7大千禧问题之一。田野的工作利用了关于BSD猜想最新研究成果,并创造了一个新的递推方法。田野的方法已经被用来证明一些关于同余数和BSD更广泛和深刻的结果。

Langlands纲领是由普林斯顿数学家Langlands在1967年提出。这个纲领描述了数学中不同分支的内在联系。在1983年美国科学院给美国总统科技办公室的汇报中将Langlands纲领与1900年的Erlange纲领媲美。Erlange纲领用群对称统一描述了数学中各科几何学,包括爱因斯坦相对论所用的黎曼几何及Minkowski几何。研究Langlands纲领中最重要的两个工具是周期积分及迹公式。在周期积分,尤其是局部周期积分中,孙斌勇的工作已成为众多国际数学家工作不可替代的基础。李文威工作主要集中在metaplectic群的迹公式。他是第一个对这种群迹公式做系统研究的人。毫无疑问,孙斌勇与李文威已经在Langlands纲领中做出重要贡献。

综上所述,田野、孙斌勇与李文威工作代表中国在基础数学一些分支上的研究已达到世界先进水平。他们的工作可能会带动中国数学的全面发展。

点评专家

张寿武 普林斯顿大学教授,1996年证明世界性难题波戈莫洛夫猜想,1997年在世界上率先于全实域上推广了格罗斯-乍基亚公式,1998年应邀在德国柏林举行的世界数学家大会上做45分钟报告,同年获旨在奖励全球杰出华人数学家的晨兴数学金奖,2011年当选美国艺术与科学院院士,2016年当选美国数学学会会士。

科技论文:深紫外晶体器件、激光光源及应用

深紫外全固态激光源指输出波长在200 nm以下的固体激光器,与同步辐射和气体放电等非相干光源相比,具有光子能量高、光谱分辨率高、光子流强且密度大、可低重频至高重频及纳秒、皮秒和飞秒多种运转模式等特色。长期以来,深紫外波段一直缺乏这种实用化、精密化激光源,制约了深紫外波段科学仪器和前沿研究的发展。

中科院研究深紫外非线性光学晶体KBBF十余年,在财政部专项资金的支持下,突破了四元相图和局域自发成核生长等技术,在国际上率先生长出大尺寸的晶体,发明了该晶体的特殊使用技术--棱镜耦合器件(已获中、美、日发明专利),突破了波长非线性调控和光束指向精确补偿等技术,研制成功8种国际首创深紫外全固态激光源,使我国成为世界上唯一能掌握精密化、实用化深紫外激光技术的国家。深紫外全固态激光源的研制成功,引起国内外广泛关注,国外数十家著名的高校及科研院所纷纷向中科院提出购买或合作要求,为了发展我国自主科学仪器设备,促进我国深紫外领域科学技术前沿研究的发展,中科院暂时禁止相关技术出口国外,并组织院内优势力量,研制成功深紫外拉曼光谱仪、深紫外光电子发射显微镜、深紫外激光光化学反应仪、深紫外激光光致发光光谱仪、深紫外激光自旋分辨角分辨光电子能谱仪、深紫外激光原位时空分辨隧道电子谱仪、基于飞行时间能量分析器的深紫外激光角分辨光电子能谱仪和光子能量可调深紫外激光光电子能谱仪等8种国际首创的深紫外前沿装备,从而在高温超导、催化反应、石墨烯、拓扑绝缘体和超宽禁带半导体等前沿科学研究领域中不断取得重要的先进成果,已有近百篇论文发表于Nature及其子刊等国际顶级期刊,不断推动相关科学仪器行业的科技进步,有望创建新的科技前沿。财政部和中科院在学科交叉面广、跨度大、探索性和工程性均很强的原创性重大科研装备研制项目管理方面进行了大量的创新,目前已形成深紫外"材料-器件-装备-科学研究"完整创新链,已成为自主研发高精尖仪器的成功范例。

177.3 nm 深紫外激光源样机

在财政部和科技部的支持下,中科院正在开展深紫外固态激光源前沿装备研制(二期)项目和国家重大科学仪器设备开发专项研究,从物理、化学、材料领域向信息、生命资环领域拓展,同时开展深紫外激光光发射电子显微镜工程化研究,持续引领深紫外激光科学仪器的发展,保持和发展我国在深紫外领域的国际领先地位,推动学科前沿研究的发展。

167 nm KBBF 棱镜耦合器件

专家点评

中科院发明了在深紫外波段几乎唯一能实用的关键材料KBBF,并在国际上首先生长出大尺寸晶体,研制了实用化、精密化的深紫外激光源,应用到多台先进的科学仪器。这一成果增强了人类探索和认识物质世界的能力,使我国成为目前世界上唯一能够制造实用化深紫外全固态激光器及科学仪器装备的国家。这些科学仪器应用到石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体、宽禁带半导体和催化剂等新材料研究,获得了一批重要研究结果,实现了从晶体材料-光源-装备-科研,从原创科学思想到实际应用,打造了一条自主创新链,为我国深紫外激光及相关领域的科学研究和重大科学仪器的自主研发做出了重要贡献,确立了我国在该方向的国际领先地位。

点评专家

祝世宁 材料物理学家,中科院院士,中国、美国光学学会会士。南京大学教授。长期从事微结构功能材料研究。在铁电畴工程学、准相位匹配非线性光学和量子光学以及激光物理与器件等方面有系统创新工作。作为主要完成人之一所完成的"介电体超晶格的设计、制备、性能与应用"项目获2006年国家自然科学奖一等奖。